中小型棒材精整收集區域電氣控制設備的選型設計與安裝調試

周輝

摘要：文章敘述了中小型棒材精整收集區域電氣控制設備的選型設計與安裝調試，對中小型棒材產品規格、生產線區域、精整收集區域生產工藝流程進行了說明，并對精整收集區域中的落鋼機、打捆機的選型設計與安裝調試及打捆機自動打捆和成品自動稱重的程序設計進行了介紹。

關鍵詞：中小型棒材；精整收集區域；電氣控制設備；選型設計；安裝調試 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG333 文章編號：1009-2374（2016）16-0018-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.008

1 概述

中小型棒材產品規格包括截面直徑為Ф50mm以下的螺紋鋼和圓柱形鋼，其廣泛應用于冶金、建筑、機械制造、化工等行業，需求量非常大。

中小型棒材生產線一般分為加熱區域、軋制區域、冷卻定尺區域和精整收集區域。其將鋼坯由加熱爐進行加熱，輸送至軋鋼機進行軋制，之后進行冷床冷卻和定尺切割。中小型棒材生產線定尺切割一般為剪切或鋸切，定尺切割完畢后進入精整收集區域。精整收集區域生產工藝流程為：將切割好定尺材由輥道輸送至精整收集鏈，在精整收集鏈數支計數分組并剔除殘次鋼支，之后鋼材落入落鋼機，由落鋼機輥道輸送至打捆機進行打捆。打捆后的每一捆鋼材即為成品鋼材，經成品收集鏈輸送并進行稱重，最后吊運。

中小型棒材精整收集區域的機械設備包括精整收集鏈、落鋼機、打捆機、成品手機鏈以及生產流程中相應的輸送輥道。下面將對精整收集區域中的落鋼機、打捆機的選型設計與安裝調試及打捆機自動打捆和成品自動稱重的程序設計進行介紹。

2 落鋼機電氣控制的選型設計與安裝調試

落鋼機是將每一組計好數的鋼材捆托舉落下，以便于下一步進行打捆。在實際應用中，落鋼機可設計成多種機械結構，下面對其中一種結構進行介紹。該落鋼機機械結構為一根旋轉主軸帶動柳葉形狀翻轉臂來完成落鋼流程。鋼材由傳輸鏈送至翻轉臂接鋼面（凹面）上，翻轉臂翻轉180°，鋼材落至落鋼機下部輥道上，并且柳葉形狀翻轉臂另一半接鋼面回到初始位置，這樣落鋼機完成一個工作流程。

確定機械結構后，對電氣設備進行設計和選型。落鋼機驅動采用電機驅動，電機選用一臺15kW變頻電動機驅動，安裝至主軸一端。選用一臺ANSROBICON GT3000 29kVA變頻器對電機進行驅動。安裝停止位和減速位工位檢測元件。

下面對落鋼機變頻器及PLC控制進行設計。根據電機和變頻器選型編制落鋼機變頻器傳動參數，可選用V/f控制方式。根據落鋼機實際運行情況調整電機運行速度，并與檢測原件增加連鎖。

考慮在帶載時，落鋼機在動作過程中可能出現以下問題：

第一，落鋼機帶載運行時機械沖擊力大，做不到輕拿輕放，容易引起鋼材劃傷和摔傷。

第二，落鋼機運行到位停止時出現定位不準確和溜車現象，容易引起生產和機械設備事故。

第三，落鋼機翻轉臂運行速度為固定速度，不利于現場進行調節。

因此，可針對以上問題采取措施：

第一，針對落鋼機翻轉臂帶載運行時機械沖擊力大，做不到輕拿輕放。在傳動參數中可加入上升和下降積分時間功能：

使用P22.22參數，設定為P22.22=0.5sec，從0上升/下降時間（連續速度）到給定時間的上升和下降積分參數，設定積分為S形，即在速度進行加減速時有一個弧形的積分曲線。

設置P2214=*10（上升積分時間放大10倍），P2215=*10（下降積分時間放大10倍）可設定出S形曲線的弧度。

第二，針對落鋼機翻轉臂停止時出現定位不準確和溜車現象，加入減速位，落鋼機旋轉90°時減速運行，旋轉180°時停止。加入減速位在運行過程中降速，同樣可以是運行平滑，避免鋼材產品出現摔傷和劃傷。

第三，針對翻轉臂運行速度固情況，在畫面中加入落鋼機速度修改框，針對不同生產情況可在畫面上修改落鋼機翻轉臂的運行速度和減速速度。

此種落鋼機電氣控制設計的好處在于使用旋轉一個動作環節，只使用兩個檢測點，動作流程簡單，設備故障率降低。翻轉臂旋轉運行在傳動參數中加入上升和下降積分時間功能，在啟停過程中加入減速位，使運行曲線平滑，減輕翻轉臂帶載運行時的機械沖擊力，消除了翻轉臂停止時定位不準確和溜車現象，使得鋼材降落時得到緩沖，避免了鋼材摔傷現象。同時在畫面中可針對不同生產情況修改落鋼機翻轉臂的運行速度和減速速度。

3 打捆機電氣控制的選型設計與安裝調試

針對單、雙道不同的打捆形式，打捆機選用瑞典SUND/BIRSTA公司KNCA-7/800和KNCA-7/800D打捆機。KNCA-7/800D型號打捆機雙道打捆功能，能夠更大程度地消除成品松散、散捆等質量問題，尤其可以滿足多次吊裝和遠洋運輸，保證了出口材的質量。控制系統采用西門子S7-300帶一套S7-200S遠程站。下一步進行打捆機安裝調試。

第一，選定控制配電柜安裝位置，對配電柜進行安裝。

第二，根據兩臺打捆機的容量，選用進線電源線路為3×16mm2+1×10mm2橡套電纜。

第三，接入380V三相電源和地線，測量380V進線電壓和24V電源電壓。

第四，測試液壓主泵、循環泵以及配電柜內各元器件是否正常。

第五，對油箱加油，編制程序為油箱加熱器35℃時開始加熱，40℃時停止。冷卻器52℃開始冷卻，47℃停止。

第六，編制主泵和循環泵啟停程序，啟動主泵和循環泵，主泵風扇順時針轉動為正轉，循環泵冷卻風扇吹向打捆機本體為正轉。

第七，調節各部件動作油壓，系統油壓設定為10MPa；壓線輪壓力設定為5～7MPa；扭結裝置壓力設定為4.5MPa；安全壓力為13MPa。

第八，對打捆機單步運行進行編程調試。

完成打捆機打捆單步編程調試后，對打捆機進行打捆自動編程和調試，打捆機的工藝流程為：

第一，打捆機在初始位。

第二，喂線，S2接近開關檢測到線時停止喂線。

第三，打捆頭下降，S3接近開關無信號時表明鋼捆處于打捆位置。

第四，當S4接近開關無信號時表明整個線道已有線，此時夾具1將鋼頭夾住。

第五，收線，當線收緊后，位于喂線輪上的編碼器碼數變化為零，此時認為收線結束。

第六，夾具2夾住打捆線尾部。

第七，扭結，編碼器S16計算扭結的圈數，線頭會在固定剪刃上扭斷。

第八，打捆線夾具在扭結半圈時打開。

第九，打捆頭上升。

第十，扭結頭復位，完成一次打捆流程。

根據打捆流程對打捆機進行打捆自動的編程和調試，完成打捆機的本地和遠程操作，可實現打捆機單步和自動打捆。調試過程中，針對打捆后成品松散、容易散捆等問題，打捆扭結碼盤圈數要設置為4圈，打捆不易散捆并且打捆線不容易繃斷。收線長度碼盤設置為合適碼數，可以使收線松緊適度，以滿足不同規格生產要求。

4 打捆機自動打捆程序設計

編程思路：將自動打捆模式分為4種，即選擇1#打捆機（KNCA-7/800）單獨自動打捆、選擇2#打捆機（KNCA-7/800D）自動打捆、選擇1#打捆機+2#打捆機設定單道次自動打捆及選擇1#打捆機+2#打捆機設定首尾雙道次自動打捆。

設定檢測打捆件檢測元件在1#打捆機處，設打捆件長度為L，打捆道次為N，L1為兩臺打捆機之間的距離，輥道運行線速度為v，輥道每走t秒后進行一次打捆。

選擇1#打捆機自動打捆時，每運行vt距離進行一次打捆，則。

選擇2#打捆機自動打捆時，第一次運行（vt+L1）距離進行打捆，以后每運行vt距離進行一次打捆，第一次進行打捆時需再延時t1，則，。第一次打捆需多延時，以后每間隔時間進行一次打捆。

選擇1#打捆機+2#打捆機設定單道次自動打捆，當為偶數道次時，每運行（vt+L1）進行一次打捆，到最后一次打捆時，應留尾部長度為vt，得出，則；當為奇數道次時，每運行（vt+L1）進行一次打捆，打最后一道次時運行vt后，由2#打捆機單獨完成，留尾部長度為vt，得出，則。

選擇1#打捆機+2#打捆機設定首尾雙道次自動打捆，當為奇數道次時，和選擇1#打捆機+2#打捆機設定單道次自動打捆方式相同，只在程序中設定第一次打捆和最后一次打捆打雙道即可；當為偶數數道次時，前次打捆與選擇1#打捆機+2#打捆機設定單道次自動打捆相同，只第一次打捆設定為雙道打捆，后兩次打捆均由2#打捆機完成，最后兩次打捆第一次需運行（vt+L1）距離進行打捆，最后一次打捆運行vt距離，并留尾部長度為vt，得出，則。

通過以上數學計算進行編程，可在操作面板上設定打捆件長度、打捆道次和自動打捆模式參數，理論上可實現自動打捆。

在調試中自動打捆時與理論計算會產生一定偏差情況，由于輥道與打捆件之間的摩擦力、輥道起停時間及鋼溫等一些外部因素的影響引起，因此在自動打捆程序中可增加一個修正系數參數，崗位人員可以根據不同打捆件情況，在操作面板上調節修正系數參數來消除外部因素對自動打捆長度的影響。在操作面板上設定自動打捆模式、打捆件長度、打捆道次和修正系數4個參數即可實現不同品種定尺材的自動打捆。

5 成品自動稱重程序設計

在成品收集輸入輥道最前方加入冷金屬檢測器1，在稱重稱體處加入冷金屬檢測器2。在成品收集升降鏈加入高、低位接近開關。

編程思路：打捆好的成品在成品收集輸入輥道進行至最前方時，冷金屬檢測器1檢測到信號，成品收集升降鏈上升至高位，鏈條運行。將打捆好的成品運送至稱體上方時，冷金屬檢測器2檢測到成品鋼材，鏈條自動下降至低位后，遠程PLC通過網絡向稱重系統發出控制字，命令稱體開始稱重；稱重完畢后，稱體回饋遠程PLC狀態字，稱重完成，可實現稱重系統自動稱重。

6 結語

以上對中小型棒材生產線精整收集區域中的落鋼機、打捆機的選型設計與安裝調試及打捆機自動打捆和成品自動稱重的程序設計進行了介紹，其中提到的一些設計理念是在實際運行中出現的工藝和設備故障中總結出的經驗，可為一些相類似的電氣控制設備的選型設計與安裝調試提供技術借鑒。